import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * 遍历二叉树
 * User: xwl
 * Date: 2023-05-20
 * Time: 15:38
 */
public class TraversalBinaryTree {

    // 内部类--树节点
    static class TreeNode {
        // 值
        public char val;
        // 左孩子
        public TreeNode left;
        // 右孩子
        public TreeNode right;
        // 构造方法
        public TreeNode(char val) {
            this.val = val;
        }
    }

    // 根节点
    public TreeNode root;

    // 测试用二叉树的创建
    public TreeNode createTree() {
        TreeNode A = new TreeNode('A');
        TreeNode B = new TreeNode('B');
        TreeNode C = new TreeNode('C');
        TreeNode D = new TreeNode('D');
        TreeNode E = new TreeNode('E');
        TreeNode F = new TreeNode('F');
        TreeNode G = new TreeNode('G');
        TreeNode H = new TreeNode('H');
        //
        A.left = B;
        A.right = C;
        B.left = D;
        B.right = E;
        C.left = F;
        C.right = G;
        E.right = H;
        this.root = A;
        return root;
    }

    /**
     * 递归实现前序遍历-- 根、左、右
     * @param root:根节点
     */
    public void preOrder(TreeNode root) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return;
        }
        // 输出根节点
        System.out.print(root.val + " ");
        // 遍历左子树
        preOrder(root.left);
        // 遍历右子树
        preOrder(root.right);
    }

    /**
     * 递归实现中序遍历-- 左、根、右
     * @param root:根节点
     */
    public void inOrder(TreeNode root) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return;
        }
        // 遍历左子树
        inOrder(root.left);
        // 输出根节点
        System.out.print(root.val + " ");
        // 遍历右子树
        inOrder(root.right);
    }

    /**
     * 递归实现后序遍历-- 左、右、根
     * @param root:根节点
     */
    public void postOrder(TreeNode root) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return;
        }
        // 遍历左子树
        postOrder(root.left);
        // 遍历右子树
        postOrder(root.right);
        // 输出根节点
        System.out.print(root.val + " ");
    }

    /**
     * 获取树的节点的个数
     * @param root:根节点
     * @return 0:代表树为空
     */
    public int size(TreeNode root) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        // 实现
        int left = size(root.left);
        int right = size(root.right);
        return left + right + 1;
    }

    /**
     * 获取树的叶子节点的个数
     * @param root:根节点
     * @return 0:代表树空
     */
    public int getLeafNodeCount(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        if (root.right == null && root.left == null) {
            return 1;
        }
        int left = getLeafNodeCount(root.left);
        int right = getLeafNodeCount(root.right);
        return left + right;
    }

    /**
     * 获取第K层的节点的个数
     * @param root:根节点
     * @return 0:表示树空
     */
    public int getKLevelNodeCount(TreeNode root, int k) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        // 实现
        if (k == 1) {
            return 1;
        }
        int left = getKLevelNodeCount(root.left, k - 1);
        int right = getKLevelNodeCount(root.left, k - 1);
        // 返回
        return left + right;
    }

    /**
     * 获取二叉树的高度
     * @param root:根节点
     * @return 0:表示树空
     */
    public int getTreeHight(TreeNode root) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        // 实现
        int leftHight = getTreeHight(root.left);
        int rightHight = getTreeHight(root.right);
        return leftHight > rightHight ? leftHight + 1: rightHight + 1;
    }

    /**
     * 检测值为value的元素是否存在(前序遍历)
     * @param root:根节点
     * @param val:待查找的值
     * @return null:表示树为空/或者值不存在
     */
    public TreeNode find (TreeNode root, char val) {
        // 判断树是否为空
        if (root == null) {
            return null;
        }
        // 判断
        if (root.val == val) {
            return root;
        }
        // 查询左子树
        TreeNode leftNode = find(root.left,val);
        if (leftNode != null) {
            return leftNode;
        }
        // 查询右子树
        TreeNode rightNode = find(root.right,val);
        if (rightNode != null) {
            return rightNode;
        }
        // 返回
        return null;
    }

    /**
     * 检验这两棵树是否相同
     * 在结构上相同，并且节点具有相同的值
     * @param p:根节点
     * @param q:另一课树的根节点
     * @return true: false:
     */
    public boolean isSameTree(TreeNode p,TreeNode q) {
        if(p == null && q == null) {
            return true;
        }else if (p != null && q != null){
            if (p.val == q.val) {
                boolean left = isSameTree(p.left,q.left);
                boolean right = isSameTree(p.right,q.right);
                return left && right;
            }
            return false;
        }else {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 判断A是否是B的子树
     * @param root:A树的根节点
     * @param subRoot:B树的根节点
     * @return true:是子树 false:不是
     */
    public boolean isSubtree(TreeNode root, TreeNode subRoot) {
        if (root == null || subRoot == null) {
            return false;
        }
        if (isSameTree(root,subRoot)) return true;
        if (isSubtree(root.left,subRoot)) return true;
        if (isSubtree(root.right,subRoot)) return true;
        return false;
    }

    /**
     * 翻转二叉树
     * @param root:树的根节点
     * @return root:返回翻转后的树的根节点
     */
    public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
        // 讨论树为空的情况
        if (root == null) {
            return null;
        }
        // 定义一个tmp暂存左孩子的节点
        TreeNode tmp = root.left;
        root.left = root.right;
        root.right = tmp;
        invertTree(root.left);
        invertTree(root.right);
        return root;
    }

    /**
     * 判断是否是平衡二叉树(左右高度差不超过1)
     * @param root:待判断的根节点
     * @return true:树平衡 false:不平衡
     */
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        return maxDepth(root) >= 0;
    }

    /**
     * 返回树左右子树的高度，如果左右子树不平衡返回-1
     * @param root:树的根节点
     * @return
     */
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            return 0;
        }
        int left = maxDepth(root.left);
        if (left < 0) {
            return -1;
        }
        int right = maxDepth(root.right);
        if (right < 0) {
            return -1;
        }
        if (Math.abs(left - right) <= 1) {
            return Math.max(left,right) + 1;
        }else {
            return -1;
        }
    }

    /**
     * 判断树是否是对称二叉树
     * @param root:树的根节点
     * @return true:是对称二叉树 false:不是
     */
    public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
        return isSymmertricChild(root.left,root.right);
    }

    /**
     * 判断左右子树是否对称
     * @param leftTree:左子树的根节点
     * @param rightTree:右子树的根节点
     * @return true:左右子树对称 false:不对称
     */
    public boolean isSymmertricChild(TreeNode leftTree,TreeNode rightTree) {
        if (leftTree != null && rightTree == null || leftTree == null && rightTree != null) {
            return false;
        }
        if (leftTree == null && rightTree == null) {
            return true;
        }
        if (leftTree.val != rightTree.val) {
            return false;
        }
        return isSymmertricChild(leftTree.left,rightTree.right)
                && isSymmertricChild(leftTree.right,rightTree.left);
    }

    /**
     * 二叉树的层序遍历
     * @param root:树的节点
     * @return
     */
    public void levelOrder(TreeNode root) {
        // 定义一个队列
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        // 实现
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 定义一个节点指向当前树节点
            TreeNode cur = queue.poll();
            // 输出
            System.out.print(cur.val + " ");
            if (cur.left != null) {
                queue.offer(cur.left);
            }
            if (cur.right != null) {
                queue.offer(cur.right);
             }
        }
        // 换行
        System.out.println();

    }

    /**
     * 二叉树的分层遍历
     * @param root:
     * @return
     */
    public List<List<Integer>> levelOrder2(TreeNode root) {
        // 定义一个队列数组
        List<List<Integer>> list = new ArrayList<>();
        // 讨论根节点为空的情况
        if (root == null) {
            return list;
        }
        // 定义一个队列
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        // 实现
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 定义一个size用来记录层的个数
            int size = queue.size();
            // 定义一个队列tmp用来暂存每层树的节点的值
            List<Integer> tmp = new ArrayList<>();
            //
            while (size != 0) {
                // 定义一个节点指向当前树节点
                TreeNode cur = queue.poll();
                // 因为我构造的树的value是char类型的，此处进行转换，避免报错
                tmp.add(Integer.parseInt(String.valueOf(cur.val)));
                size--;
                if (cur.left != null) {
                    queue.offer(cur.left);
                }
                if (cur.right != null) {
                    queue.offer(cur.right);
                }
            }
            list.add(tmp);
        }
        return list;
    }
}

